乌兰布和沙漠植被与水资源相互影响的研究
【摘要】：
本文从2003-2005年对乌兰布和沙漠东北部主要植物种生理生态特征、植被特征和水分平衡等进行了研究,进而探讨了植物与水资源的关系,主要结果如下:
(1)对该区土壤容重、田间持水量等土壤物理性质测定研究指出,土壤在垂直深度20cm以下空间异质性较小;沙土饱和导水率(12.85cm/h)大于粘土(0.43cm/h);土壤水势、土壤蒸发水分传输阻力与土壤体积含水量的关系均呈y=ax~(-b)。
固定沙地、半固定沙地、流动沙地植被盖度分别为33.1,24.0和6.3%,白刺、沙冬青、油蒿和梭梭盖度占植被盖度80%以上,其根系主要分布在60cm以上,白刺、油蒿根系生物量与总生物量之比大于沙冬青和梭梭。
该区水资源贫乏,植物可利用的水资源主要是自然降水和土壤中储存的水分。降水的入渗深度小于80cm,储水量与土层深度的关系曲线有直线型、指数型、“S”型和幂函数型。正常环境条件下,土壤含水量、生物量和叶面积指数等在年度间变化较小。
(2)树木光合速率、蒸腾速率、气孔导度等生理指标与光照强度、叶水势的关系都呈y=a+b(1-e~(-kx))(其中y为生理指标,x为光强度或叶水势)。白刺光合速率水势补偿点(-4.07MPa)大于沙冬青(-4.44MPa);最大净光合速率(μmolm~(-2)s~(-1))白刺(9.45)梭梭(6.38)油蒿(5.29)沙冬青(4.06);最大蒸腾速率(mmolm~(-2)s~(-1))沙冬青(6.76)白刺(4.43)梭梭(2.40)油蒿(1.82);最大气孔导度(molm~(-2)s~(-1))白刺(0.15)沙冬青(0.13)梭梭(0.11)油蒿(0.08)。光合速率、蒸腾速率日平均值白刺梭梭沙冬青油蒿;气孔导度日平均值白刺沙冬青梭梭油蒿。
(3)依据乌兰布和沙漠环境特点和树木生理生态特征建立了乌兰布和沙漠水分平衡模型,运用该模型对2000—2005年试验地水分平衡特征研究指出,降雨基本能满足水分消耗,随着叶面积指数的增加,土壤含水量降低,水分利用效率增加。流动沙地、半固定沙地和梭梭林土壤蒸发占降水的比例大于60%,固定沙地为44.8%。(4)根据试验地水分平衡特点对土壤水分植被承载力的研究指出,植物潜在水分消耗和水分利用效率可作为选择树种的依据;叶面积指数可作为评价土壤水分植被承载力的指标和调控植被结构的依据,叶面积指数愈大,土壤水分植被承载力愈大。该区最大叶面积指数粘土为1.7m~2/m~2,沙土为0.015m~2/m~2。
【关键词】：乌兰布和沙漠 光合作用 水分消耗 叶面积指数 水分平衡 土壤水分植被承载力 【学位授予单位】：内蒙古农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：Q948
【目录】：
- 1 引言8-30
- 1.1 水资源的现状8-11
- 1.1.1 我国水资源的现状8-9
- 1.1.2 西北干旱、半干旱地区水资源现状及其引发的生态与环境问题9-11
- 1.2 水资源与植被之间的相互关系11-20
- 1.2.1 植被对水资源的保护与改善作用11-13
- 1.2.2 正确处理水资源和植被建设的关系是干旱、半干旱地区植被建设的主要问题13-14
- 1.2.3 研究水分平衡特征是退化生态系统恢复与重建的首要任务14-15
- 1.2.4 生态需水量和土壤水分植被承载力15-20
- 1.3 水分平衡的研究20-30
- 1.3.1 大气降水20-21
- 1.3.2 土壤水分21-23
- 1.3.3 径流23-24
- 1.3.4 蒸散24-30
- 2 乌兰布和沙漠东北缘概况30-33
- 2.1 地理位置30
- 2.2 气候30
- 2.3 地貌与土壤30-31
- 2.4 植被31-32
- 2.5 水资源32-33
- 3 试验地概况和研究方法33-43
- 3.1 试验地概况33-34
- 3.2 研究方法34-43
- 3.2.1 气象因子的测定34
- 3.2.2 土壤34-36
- 3.2.3 植物光合速率、蒸腾速率等测定36-38
- 3.2.4 植物生物量的测定38
- 3.2.5 叶面积的测定38
- 3.2.6 Penman-Momteith 联合方程38-42
- 3.2.7 树冠光合速率模型42
- 3.2.8 Thornthwaite 的可能蒸散量42-43
- 3.2.9 研究资料的收集和引用43
- 4 结果43-128
- 4.1 乌兰布和沙漠气象特征及其潜在蒸发特性43-49
- 4.1.1 主要气象因子变化特点43-46
- 4.1.2 气候湿度指标46-49
- 4.1.3 小结49
- 4.2 乌兰布和沙漠土壤水分49-64
- 4.2.1 乌兰布和沙漠土壤物理特性49-52
- 4.2.2 降雨下渗特点52-58
- 4.2.3 土壤蒸发特点58-61
- 4.2.4 不同立地条件下土壤水分的年变化61-63
- 4.2.5 小结63-64
- 4.3 乌兰布和沙漠东北缘植被盖度、生物量64-70
- 4.3.1 植被盖度和生物量64-65
- 4.3.2 灌丛特性65-68
- 4.3.3 根系特征68-70
- 4.3.4 小结70
- 4.4 光照强度、植物水分状况对气体交换的影响70-92
- 4.4.1 植物光合速率70-81
- 4.4.2 植物蒸腾速率81-84
- 4.4.3 植物气孔导度84-91
- 4.4.4 小结91-92
- 4.5 植物光合速率、蒸腾速率、气孔导度的日变化规律92-109
- 4.5.1 主要气象因子日变化特征92-93
- 4.5.2 白刺、沙冬青、油蒿和梭梭叶水势日变化特征93-95
- 4.5.3 白刺、沙冬青、油蒿和梭梭气孔导度日变化特征95-96
- 4.5.4 白刺、沙冬青、油蒿和梭梭光合速率日变化96-99
- 4.5.5 白刺、沙冬青、油蒿和梭梭蒸腾速率日变化99-100
- 4.5.6 光合速率、蒸腾速率和气孔导度日变化与主要影响因子的关系100-107
- 4.5.7 小结107-109
- 4.6 乌兰布和沙漠水分平衡特征及其土壤水分植被承载力的研究109-128
- 4.6.1 流动沙地白刺盖度、生物量、叶面积指数等与土壤含水量的关系110-112
- 4.6.2 乌兰布和沙漠水分平衡特征112-121
- 4.6.3 基于水分平衡的土壤水分植被承载力研究121-123
- 4.6.4 乌兰布和沙漠植被水分利用效率123-127
- 4.6.5 小结127-128
- 5 结论与讨论128-132
- 致谢132-133
- 参考文献133-144
- 作者简介144
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